本申請涉及一種電荷泵電路、一種用于運行這種電荷泵電路的方法以及一種包含這種電荷泵電路的電路。

背景技術(shù)：

電荷泵(lp)被用于多種應(yīng)用，以便提供大于供電電壓的電壓。換句話說，這種電荷泵實現(xiàn)了基于較低的輸入電壓輸出較高的輸出電壓。在許多電荷泵方案中，開關(guān)晶體管在此被控制，從而使電容器被周期性地充電和放電。在這種方案中，電荷泵可能產(chǎn)生電磁干擾，所述電磁干擾由電流的接通引起。

為了減小所述電磁干擾和輻射，在許多應(yīng)用中將接通的電流變換成直流電流。為此，按照傳統(tǒng)方式使用一個或多個恒定電流源。在傳統(tǒng)的實施方案中，所述恒定電流源的實施需要相對大的芯片面積，以便限制由于高的損耗功率導致的發(fā)熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于，提供以相對小的芯片面積實施這種電荷泵電路的可能性。

本發(fā)明提供了一種電荷泵電路、一種電路以及一種方法。本發(fā)明還確定了另外的實施方式。

附圖說明

圖1示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的方框圖。

圖2示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的示意性的電路圖。

圖3示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的示意性的電路圖。

圖4示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的電路圖。

圖5示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的電路圖。

圖6-8示出用于說明實施例的工作方式的圖表。

圖9示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的電路圖。

圖10示出用于說明根據(jù)一個實施例的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，詳細地說明不同的實施例。要注意的是，這些實施例僅僅用于說明，而不應(yīng)當理解為是限定性的。因此，具有大量元件或特征的實施例的說明不應(yīng)當理解為，所有這些元件或特征對于實施所述實施例都是必要的。確切地說，其他實施例可以具有較少的特征或元件和/或替換的特征或元件。此外，除了明確地說明的或示出的特征或元件以外，所述實施例還可以具有另外的特征或元件，例如通常用于電荷泵電路中的特征或元件。

只要沒有其他說明，不同的實施例的特征或元件可以彼此組合。針對所述實施例中的一個實施例所說明的轉(zhuǎn)換和變化也可以用于其他實施例。

電的連接或耦合可以是直接的連接或耦合，即沒有位于其間的附加元件的連接或耦合，或者可以是間接的連接或耦合，即具有一個或多個位于其間的附加元件的連接或耦合，只要本質(zhì)上不改變連接或耦合的基本功能，例如傳遞特定的信號、特定的信息、特定的電流或特定的電壓。

在一些實施例中，產(chǎn)生具有預(yù)定的溫度相關(guān)性的電荷泵偏置電流。由此，特別是在一些實施例中，與在恒定偏置電流的情況下相比，可以使電流鏡的晶體管確定為更小的尺寸，這減小了電路在芯片上的面積需求。下面參考附圖詳細地說明這個方面以及其他方面。

圖1示出電荷泵電路的示意性的方框圖。圖1的電荷泵電路包括電荷泵11，也稱為電荷泵核心。電荷泵11由電流產(chǎn)生電路10供應(yīng)偏置電流ib。與傳統(tǒng)的電荷泵電路(其使用盡可能與溫度無關(guān)的偏置電流并且為此部分地使用用于補償溫度的機構(gòu))相反，由電流產(chǎn)生裝置10所產(chǎn)生的偏置電流ib與溫度相關(guān)。該電流特別是可以隨著電荷泵電路的溫度升高而降低。例如，所述電流可以在0℃和150℃之間的溫度范圍內(nèi)降低至少10％、至少20％、至少30％或者至少40％。根據(jù)電荷泵11的實施方案，其他值也是可能的。為此，稍后還會更詳細說明所述實施例。

圖2示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路。圖2的電荷泵電路布置在正的供電電壓和地線之間，其中，所述供電電壓在圖2的實施例中通過直流電壓源20、例如移動式裝置中的電池或蓄電池產(chǎn)生。

電流源24產(chǎn)生偏置電流，以便能由通過電荷泵核心23的運行所產(chǎn)生的電流(即接通電流)形成直流電流，并且由此減小電磁輻射。電容21和齊納二極管22如同所示的那樣與電荷泵核心23并聯(lián)。在傳統(tǒng)的實施方案中，所產(chǎn)生的偏置電流ibias_cp是恒定的并且至少基本上與溫度無關(guān)。在圖2的實施例中，所述電流與此相反地如前所述的那樣具有溫度相關(guān)性。如同在下文中還詳細說明的那樣，這例如實現(xiàn)了，與在溫度無關(guān)的恒定的偏置電流的傳統(tǒng)的情況中相比，使用于實現(xiàn)電荷泵電路中的電流鏡的晶體管確定為更小的尺寸。圖3中詳細說明了具有這種電流源的實施原理。

在圖3的實施例中，電流源30布置在正的供電電壓37和晶體管35的漏極端子之間，所述晶體管的源極端子如圖3中所示地與地線耦合。在所述實施例中，電流源30產(chǎn)生與溫度相關(guān)的電流idc，而在傳統(tǒng)的電荷泵電路中，電流idc基本上與溫度無關(guān)、特別是溫度補償?shù)?。在此，溫度相關(guān)性在所述實施例中可以是如同上文簡要地參考圖1說明的那樣，或者是如同下文還要更詳細說明的那樣。

電流idc通過包括mos晶體管35、36的電流鏡來鏡像地形成電流x·idc，其中，晶體管36(也稱為m1)與晶體管35(也稱為m0)的參數(shù)比等于x。電荷泵電路此外包括電荷泵核心31，所述電荷泵核心具有與其并聯(lián)的電容34和與其并聯(lián)的二極管組33a-33c。雖然在該二極管組中示出了三個二極管33a-33c，但是這僅僅應(yīng)當理解為一個示例，二極管的數(shù)量可以根據(jù)二極管的類型和選擇參數(shù)來改變。

供電電壓vcp_supply被施加到由電荷泵核心31、電容34和二極管組33a-33c構(gòu)成的這個并聯(lián)電路上。電荷泵核心31在運行中通過接通產(chǎn)生電流icp，在此，電流ics流過電容34，并且電流icl流過二極管組。這些電流相加并且借助于電流源30和電流鏡35、36“修正”成電流x·idc，從而總體上產(chǎn)生直流電流。在圖3中，在附圖標記icl、ics和icp上方示出相應(yīng)的電流的示例波形。所述波形僅僅用于說明并且可以根據(jù)實施方案改變。在一些情況中，也可以省去電容34。在這個情況中，必須將電流x·idc大小確定為，該電流始終大于icp，由此使供電電壓vcp_supply保持穩(wěn)定。在此，電容34的使用有助于可以將x·idc選擇得較小，因為經(jīng)過電容34的電流在總和中減小了電流icp的峰值。由此可以借助于電容34減小電流x·idc，并且由此也減小用于晶體管36所需的面積，其中，相反地產(chǎn)生用于電容34的面積。盡管如此，因為icp可能具有高的峰值，所以為了限制晶體管36的發(fā)熱，特別是在傳統(tǒng)的解決方案中存在高的面積需求。

晶體管36的面積優(yōu)選地選擇為，使得晶體管36由于電流通過導致的發(fā)熱被限制到可接受的值上。因此，特別是在電流源30提供恒定電流的傳統(tǒng)實施方案中，晶體管36需要相對大的面積。如同下文還會詳細說明地，通過如同在所述實施例中的那樣提供與溫度相關(guān)的電流idc可以減小用于晶體管36所需的面積。

為了說明如何產(chǎn)生具有如圖3中示意性所示的峰值的電流icp，圖4示出根據(jù)一個實施例的電荷泵電路的電路圖，其中，示出圖3的電荷泵核心31的一個示例。圖4中與圖3中的元件對應(yīng)的元件具有相同的附圖標記并且不再詳細說明。

在圖4的實施例中，電荷泵耦合在正的供電電壓37和小于第一供電電壓37的第二供電電壓41之間。供電電壓可以例如借助于如圖2中所示的電池來提供。電荷泵核心包括晶體管43(也以m2表示)和晶體管44(也以m3表示)。在圖4的實施例中，晶體管43是p通道m(xù)osfet(pmos)，而晶體管44是n通道m(xù)osfet(nmos)。晶體管43、44的柵極端子與時鐘源42連接，所述時鐘源提供方波信號。由此使晶體管43、44交替地導通接通。

晶體管43、44之間的節(jié)點與電容45的第一端子連接。于是，在電容45的第二端子上能夠量取大于供電電壓37的電壓vcp。電容45的第二端子此外通過二極管46與供電電壓37連接。二極管46表示理想的開關(guān)，所述開關(guān)允許電流僅僅沿著一個方向流動，以便將電容45的第二端子充電至供電電壓37。通過這個電荷泵電路，可以例如給需要大于供電電壓37的電壓的電路47供應(yīng)相應(yīng)的電壓。通過交替地接通晶體管43、44，在此產(chǎn)生具有如同所示的峰值的電流icp。特別是在電容45放電(以便給電路47供電)期間，由晶體管44導致電流峰值，所述電流峰值可以處于毫安范圍內(nèi)。

圖5示出根據(jù)另一個實施例的電路圖，其中詳細地示出，如何提供與溫度相關(guān)的電流(例如通過圖4的電流源30)。

在圖5的實施例中，圖4的電流源30由兩個電流源50、51代替。除此之外，圖5的實施例相應(yīng)于圖4的實施例，并且相同的元件以相同的附圖標記表示并且不再說明。

在圖5的實施例中，電流源51提供恒定的電流ibg，而電流源50提供下述的電流，該電流具有負的溫度系數(shù)并且特別是能夠以負比例系數(shù)與絕對溫度成比例。這個電流稱為intat(英語為“negativetoabsolutetemperature”)。電流源51或電流50的電流ibg和intat被求和，以便獲得與溫度相關(guān)的偏置電流in，所述偏置電流相應(yīng)于電流50的具有直流電流補償ibg的ntat電流intat。

下面參考圖6-8詳細地說明，為什么能夠使用這種與溫度相關(guān)的電流并且由此可以實現(xiàn)特別是晶體管m1的面積節(jié)省。

通過晶體管44產(chǎn)生的峰值電流icp相對強地與溫度相關(guān)。圖6的曲線60示出在以℃為單位的溫度下的所述峰值電流。如同可看到的那樣，所述電流關(guān)于溫度相對明顯地下降，從-40℃的溫度下的大約3ma下降到大約90℃下的大約2ma。這原因在于，當晶體管在溫度穩(wěn)定的工作點條件的上方工作時，晶體管、例如晶體管44的漏極電流一般隨著溫度升高而降低。由此，圖6中所示的峰值電流也表明下降的特性。

如上所述地，特別是需要通過晶體管36的相對大的電流(x·in)，以便可以補償電流icp中的峰值。當這個峰值電流如圖4所示地隨著溫度升高而降低時，隨著溫度升高也需要更小的電流x·in。

這在圖7中示出。圖7的曲線72表示通過晶體管36的所需的電流。曲線70表示，當如同在傳統(tǒng)的電荷泵電路的情況中那樣使用溫度恒定的偏置電流時(例如當圖3和4的電流源30提供溫度恒定的偏置電流時)，必須提供的電流。曲線71是可以用于本發(fā)明的實施例中的電流的一個示例。該電流隨著溫度升高而降低，然而始終以一定安全間距處于所需的電流72的上方。要注意的是，在實施例中在恒定的溫度下，偏置電流是恒定的。

通過使用所述與溫度相關(guān)的電流可以在實施例中將晶體管36確定為較小的尺寸。這原因在于，一般需要這樣為晶體管確定尺寸，以使得限制溫度升高并且不超過最大溫度，在所述最大溫度下晶體管準確地工作或者不被損壞。如果晶體管的溫度已經(jīng)是高的，則由此與當晶體管的溫度是低的時相比，僅僅還允許相對較小的溫度升高。然而，因為在較高的溫度下在實施例中如同參考圖7所述的那樣使較小的電流流過晶體管，所以在此發(fā)熱是較小的。由此可以將晶體管確定為較小的尺寸。這參考圖8還詳細地說明。

在圖8中，曲線80表示用于示例晶體管36的所允許的溫度升高。在此例如要求，在150℃下允許晶體管的溫度升高最大是10k。曲線81表示與溫度無關(guān)的如同用于傳統(tǒng)的電荷泵電路中那樣的電流。此外示出單個的點，所述點表示對于示例性的溫度的與溫度相關(guān)的如同用于所述實施例中那樣的電流。對于這些溫度，此外不僅示出對于與溫度無關(guān)的電流而且示出對于與溫度相關(guān)的電流的晶體管的溫度升高。如同所示地，例如在150℃下對于與溫度相關(guān)的電流的溫度升高處于曲線80的下方，而所述溫度升高對于與溫度無關(guān)的如同用于傳統(tǒng)的電荷泵電路中那樣的電流而言處于曲線80的上方。由此，在如同用于傳統(tǒng)的電荷泵電路中那樣的恒定的電流(曲線81)的情況中，必須相應(yīng)地增大晶體管36的面積，以便減小溫度升高。與此相反地，由此在本發(fā)明的實施例中可以使用較小尺寸的晶體管。在一些實施例中，晶體管36的面積減小在此可以達到40-50％范圍內(nèi)，例如大約45％，這例如對于整個電荷泵電路而言可以導致節(jié)省面積大約3-4％。例如，對于恒定的偏置電流的情況下，晶體管面積大約是17000μm²，而對于與溫度相關(guān)的偏置電流，晶體管面積肯定是小于10000μm²的，例如僅僅大約是9000μm²。然而所述數(shù)值僅僅作為示例理解，并且為了說明在一些情況下僅僅能夠使用這些實施例。根據(jù)實施方案和實施例也可以適用其他數(shù)值。

接著參考圖9說明一個實施例，其中，特別是示出圖5的用于產(chǎn)生電流intat、ibg和電流總和in的電流源50，51在電路技術(shù)方面一種可能的實現(xiàn)方案。圖9的電路耦合在正的供應(yīng)電壓912和較低的供電電壓913、例如地線之間。供應(yīng)電壓912可以例如相應(yīng)于圖5的供應(yīng)電壓37，并且較低的供電電壓913可以相應(yīng)于地線。

圖9的電路包括pmos晶體管90，91，93，94、nmos晶體管914，915，916，911和917、雙極型晶體管92，97和98以及差分放大器99，這些如圖9所示地連接。特別是晶體管93和94以及916和917分別連接為電流鏡。此外，晶體管914和915通過差分放大器99控制，并且具有參數(shù)比y(晶體管915，也稱為m7)比1(晶體管914，也稱為m6)。通過這個參數(shù)比可以調(diào)節(jié)電流intat的大小。晶體管917(也稱為m5)和916(也稱為m4)的參數(shù)比是x:1。通過這個參數(shù)比可以調(diào)節(jié)與溫度無關(guān)的電流ibg的大小。將電流intat和ibg求和并且接著通過電流鏡93，94輸出作為電流in。

此外，圖9的電路包括與溫度相關(guān)的具有正溫度系數(shù)(ptat，英語為“positivetoabsolutetemperature”)的電阻95，96，910。vref表示帶隙參考電壓。電阻95，96，910能夠以任何一個傳統(tǒng)的方式例如自身公知地實施。

電流ibg基本上通過pmos晶體管90，91、雙極型晶體管97，98和電阻910產(chǎn)生，所述雙極型晶體管在所示的示例中具有1:8的參數(shù)比(其中，在其他是實施例中可以使用另外的參數(shù)比)，并且所述電流接著通過電流鏡916，917接通。通過電路元件90，91，97，98在電阻910上電壓下降δvbe，所述電壓基于帶隙電壓和所使用的電路元件的溫度相關(guān)性具有正的溫度相關(guān)性。結(jié)合電阻910的同樣為正的溫度相關(guān)性，得出至少基本上與溫度無關(guān)的電流ibg，因為當溫度系數(shù)相應(yīng)地彼此適配時，在具有正的溫度系數(shù)的電阻上的具有正的溫度系數(shù)的電壓降會得出基本上與溫度無關(guān)的電流。

具有負的溫度系數(shù)的電流intat基本上通過如下方式產(chǎn)生，即在具有正的溫度系數(shù)的電阻96上施加帶隙參考電壓vref，所述帶隙參考電壓基本上借助于晶體管911(其與晶體管916形成另一個電流鏡)、晶體管92和電阻95產(chǎn)生。然后，借助于通過差分放大器99的電路將帶隙電壓施加到電阻96上，并且通過晶體管914，915相應(yīng)地調(diào)節(jié)電流intat。

以這種方式能夠產(chǎn)生具有期望的溫度特性的電流in，所述電流可以接著使用在圖5的電路中。然而圖9的電路僅僅應(yīng)當理解為一個示例，并且也可以使用其他的電路來提供具有期望的溫度特性的電流。

在圖10中示出用于說明根據(jù)一個實施例的方法的流程圖。所有借助圖1-9的裝置所討論的變化、特性和變型也能夠用于圖10的方法。圖10的方法特別是可以借助于上文所討論的裝置實施。

在圖10的步驟100中提供一個電荷泵。電荷泵例如可以如前所述地實施。

在步驟101中接著給電荷泵供應(yīng)與溫度相關(guān)的偏置電流，以便減小例如電磁輻射。電流在此可以特別是隨著升高的溫度而降低，并且特別是如前所述地具有直流電流分量以及與絕對溫度成負比例的分量。也就是說，與溫度相關(guān)的電流可以例如通過公式i(t)＝i0–a·t來表示，其中，i(t)是與溫度相關(guān)的電流，i0是直流電流分量，并且a是正的比例系數(shù)。

在此，溫度相關(guān)性可以特別是，所述電流在0℃和100℃之間降低至少10％、至少20％、至少30％或至少40％。

前述的實施例僅僅用于說明，并且其他實施方案也是可能的。